4. Транзисторы на основе SiC и GaN.

С серийным производством силовых транзисторов на основе SiC обстоит хуже, чем с диодами и другими компонентами. На данный момент с начала 2000 годов, то есть, с начала производства транзисторов на основе SiC, промышленные транзисторы прошли три поколения, и только сейчас переходят в эпоху четвертого поколения. Основной проблемой силовых транзисторов на основе SiC является высокое напряжение драйвера, то есть передачи управляющего сигнала на контакт Базы или «Gate» для мосфета. Это создает необходимость использования сложных блоков питания для таких транзисторов и что еще хуже – требует создания драйвера к ним, устройства управляющего сигналом транзистора. Этот драйвер, как правило, оказывается дороже самого транзистора. Третье поколение находится на напряжении управляющего сигнала порядка -5v +25V для закрытия и открытия. Четвертое, по некоторым заявлениям, которые возможно лишь являются громкой рекламой, 0V и +12V для закрытия и открытия соответственно. Все это приводит к тому, что легче собрать подходящую схему из кремниевых транзисторов, чем использовать транзисторы на карбиде кремния в силовой электронике.

Силовые транзисторы на Нитриде Галлия имеют диапазон рекомендуемых напряжений драйвера от 0 до 6 вольт, но сложность изготовления и отсутствие собственной подложки в тандеме с худшей чем у карбида кремния теплопроводностью все еще уступают даже обычному кремнию.

Свое признание транзисторы на карбиде кремния и нитриде галлия нашли в СВЧ – электронике. Мощные полевые СВЧ-транзисторы на SiCи GaN не заменимы в электротехнике. Во-первых, сопротивление открытого канала GaN-транзистора является чрезвычайно низким, что приводит к значительному уменьшению статических потерь проводимости во включенном состоянии. Во-вторых, структура GaN-ключа обеспечивает минимальную входную емкость, что позволяет добиваться высокой скорости переключений. В результате нитрид-галлиевые транзисторы способны коммутировать напряжения в сотни вольт с длительностью переходных процессов в наносекундном диапазоне. Это делает их идеальным выбором для построения мощных импульсных источников питания с большими выходными токами и рабочими частотами до нескольких сотен мегагерц. Кроме того, увеличение частоты коммутации может (потенциально) привести к росту эффективности и к уменьшению номиналов емкостей и индуктивностей выходных фильтров, благодаря чему удастся получать компактные решения с минимальными габаритными размерами. Что крайне важно, будущее радарных систем в наше время лежит на плечах нитрида галлия, так как на нам основаны радары АФаР – с активно фазовой решеткой.

У карбида кремния похожая ситуация, с разницей в сторону увеличения рабочего напряжения и уменьшения частоты. Также высокая теплопроводность решает проблему отвода тепла из микроскопических структур. А характеристики GaN и SiC делает транзисторы на их основе устойчивыми к суровым условиям использования.

Транзисторы на основе карбида кремния и нитрида галлия нашли свое применение в СВЧ электронике, и в первую очередь, в электродвигателях. Перспективным направлением развития транзисторов на основе SiC и GaN является силовая электроника, которая пока что столкнулась с трудностями. Предположительные пути решения на данный момент теоретически находятся в производстве n-p структур GaN на подложках из SiC.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Не только диоды и транзисторы на основе SiC и GaN нашли свое применение во всех областях промышленности. Карбид кремния вовсе является компромиссной заменой алмазу во многих ситуациях, например абразивах и корпусах. Это давно исследованный элемент, сложность использования которого заключается в трудности получения и обработки. В первую очередь – из-за образования дефектов. Будущее карбида кремния и в первую очередь, электроники на его основе, зависит от улучшения имеющихся, и возможно, создания новых технологических процессов получения и обработки. Увеличение доли карбида кремния на рынке говорит о успехах в этой области.

Нитрид галлия – куда более молодой материал, но уже нашедший свое незаменимое применение в оптоэлектронике и СВЧ силовой электронике S-диапазона и выше. Но сложности при формировании p-n структур и отсутствие собственной подложки, а также малый для промышленности срок освоения пока ограничивают применение этого материала.

Оба материала являются перспективными, в некоторых случаях уже незаменимыми, а в других, способными заменить кремний и арсенид галлия. Нам остается только работать над технологическими открытиями в сфере обработки и применения этих материалов. Так как перспективность этих материалов может сделать общедоступными многие типы электроники и сфер деятельности для потребителей и промышленности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ:

1. В. С. Сорокин, Б. Л. Антипов, Н. П. Лазарева. – Материалы и элементы электронной техники. Проводники, полупроводники, диэлектрики. – Учебник, том 1, второе издание. – Издательство «Лань», 2015

2. В. С. Сорокин, Б. Л. Антипов, Н. П. Лазарева. – Материалы и элементы электронной техники. – Учебник, том , второе издание. – Издательство «Лань», 2015

3. ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес (Электроника НТБ) 5/2006 ISSN 1992-4178

4. Acheson, G. (1893) U.S. Patent 492 767 «Production of artificial crystalline carbonaceous material»

5. Остроумов А. Г., Рогачев А.А. – Физика. Проблемы, история, люди. – Ленинград: Наука, 1986.

6. Агеев О.А., Беляев А.Е., Болтовец Н.С., Киселев В.С., Конакова Р.В., Лебедев А.А., Миленин В.В., Охрименко О.Б., поляков В.В., Светличный А.М., Чередниченко Д.И. – Карбид Кремния: Технология, свойства, применение. – ИСМА, 2010 г.

7. Туркин Андрей - Обзор развития технологии полупроводниковых гетероструктур на основе нитрида галлия (GaN). – Полупроводниковая светотехника № 6(14)’2011

8. Д.Н. Черепанова, А.П. Ильин -Проблемы высокотемпературного синтеза композита, содержащего Нитрид галлия. – Конференция национального Томского Политехнического Университета (ТПУ). С. 342-343, 2017 г.

9. Cree, Inc. – C3D0406E Rev. B Datasheet. – 2009 г.

29